La lumière et la matière interagissent généralement de manière inattendue. Une équipe de chercheurs de l’Université de Technologie de Vienne (TU Wien) a théoriquement démontré un phénomène fascinant : le passage d’un photon d’un atome à un autre, similaire à une partie de ping-pong.
Les atomes ont la capacité d’absorber et de réémettre de la lumière, un phénomène courant. Cependant, lorsqu’un atome émet un photon, il le fait généralement dans toutes les directions possibles, rendant difficile la recapture de ce photon. Mais l’équipe de recherche de la TU Wien a démontré que grâce à une lentille spéciale, un photon émis par un atome peut être réabsorbé par un second atome avec une précision remarquable.
« Si un atome émet un photon quelque part dans l’espace libre, la direction d’émission est complètement aléatoire. Cela rend pratiquement impossible de faire en sorte qu’un autre atome distant attrape à nouveau ce photon », explique le Professeur Stefan Rotter de l’Institut de Physique Théorique de la TU Wien.
La Lentille Fish-Eye de Maxwell
La solution à ce problème a été trouvée dans le concept de la lentille fish-eye, développée par James Clerk Maxwell, le fondateur de l’électrodynamique classique. Cette lentille comprend un indice de réfraction variant spatialement. Alors que la lumière se déplace en ligne droite dans un milieu uniforme comme l’air ou l’eau, les rayons de lumière sont courbés dans une lentille fish-eye de Maxwell.
« De cette façon, il est possible de garantir que tous les rayons émanant d’un atome atteignent le bord de la lentille sur un chemin courbé, sont ensuite réfléchis et arrivent ensuite à l’atome cible sur un autre chemin courbé », ajoute Oliver Diekmann, l’auteur principal de la publication actuelle.
Contrôle Optimal pour les Technologies Quantiques
Jusqu’à présent, l’effet a été démontré théoriquement, mais des tests pratiques sont possibles avec la technologie d’aujourd’hui.
« En pratique, l’efficacité pourrait être encore augmentée en utilisant non pas deux atomes, mais deux groupes d’atomes », précise Stefan Rotter. « Le concept pourrait être un point de départ intéressant pour les systèmes de contrôle quantique pour étudier les effets à une interaction lumière-matière extrêmement forte. »
En synthèse
La découverte de ce phénomène de «ping-pong photonique» pourrait ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine des technologies quantiques. Bien que l’effet n’ait été démontré que théoriquement, les chercheurs sont optimistes quant à la possibilité de tests pratiques avec la technologie actuelle. Cette recherche souligne l’importance de l’interaction lumière-matière et pourrait conduire à des avancées significatives dans le contrôle quantique.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le « ping-pong photonique » ?
Il s’agit d’un phénomène où un photon est émis par un atome, réabsorbé par un second atome, puis renvoyé au premier atome, dans un processus qui ressemble à une partie de ping-pong.
Qu’est-ce qu’une lentille fish-eye de Maxwell ?
Il s’agit d’une lentille qui a un indice de réfraction qui varie spatialement, ce qui permet de courber les rayons de lumière.
Quelle est l’importance de cette découverte ?
Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouvelles avancées dans les technologies quantiques, en particulier dans le domaine du contrôle quantique.
Quels sont les prochains pas pour cette recherche ?
Les chercheurs prévoient de réaliser des tests pratiques de ce phénomène avec la technologie actuelle.
Qu’est-ce que l’interaction lumière-matière ?
C’est le processus par lequel la lumière et la matière interagissent, par exemple lorsque les atomes absorbent et réémettent des photons.
Références
Légende illustration : Émission d’un photon unique dans la lentille de Maxwell. © Oliver Diekmann (TU Wien)
Article : « Ultrafast Excitation Exchange in a Maxwell Fish-Eye Lens » – DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.013602
